Почему твердотопливные ракеты могут быть как самыми тонкими, так и самыми сферическими ракетами-носителями, в то время как ракеты на жидком топливе имеют более ограниченный диапазон соотношений сторон?

Вопрос: Почему твердотопливные ракеты могут быть и самыми тонкими, и самыми сферическими ракетами-носителями, в то время как ракеты на жидком топливе имеют более ограниченный диапазон соотношений удлинения? Действуют ли фундаментальные инженерные принципы? Простая физика? Или дьявол в деталях?

Доказательства твердотопливной ракеты-носителя "неодличности":

Этот ответ на самую похожую на лапшу (с самым высоким соотношением сторон) орбитальную ракету-носитель?

опасная лапша

Разведчик Х-2

Доказательства сферичности твердотопливной ракеты-носителя:

Чем сферические SRB отличаются от длинных и тонких? Как выглядят их кривые тяги?

иллюстрация одной концепции двухступенчатого твердотопливного корабля для восхождения на Марс, НАСА / MSFC

Первая ступень этой марсианской ракеты-носителя довольно приземистая и такая же сферическая, как сферическая корова . Источник: НАСА Spaceflight Now сужает дизайн ракеты для запуска образцов с Марса.

На этой диаграмме показана одна концепция двухступенчатого твердотопливного аппарата для восхождения на Марс. Авторы и права: НАСА/MSFC

Противоречие: приземистые жидкостные ракеты-носители

  • SERV «Орбитальная ракета-носитель VTOVL. Баллистическая одноступенчатая ракета-носитель Chrysler для вывода на орбиту альтернативного шаттла от июня 1971 года. Это было наиболее подробное исследование конструкции, когда-либо проводившееся для ракеты-носителя VTOVL SSTO. SERV весом 2040 метрических тонн был разработан для доставки полезной нагрузки 53 метрических тонны. на орбиту в просторном грузовом отсеке размером 7 х 18 м».
  • Лунный модуль Аполлона
Контрпример с жидким топливом: astronautix.com/s/serv.html
@OrganicMarble это не совсем контрпример, пока мы не сравним пропорции ракет-носителей, но я добавлю предостережение к моему вопросу. Спасибо!
@RussellBorogove то же самое
@RussellBorogove SERV был разработан в 1971 году. Транспортное средство для восхождения на Марс будет «доставлено на Марс» на корабле. Конечно, это будет космический корабль, а не океанский корабль, но он будет доставлен туда способом, который не повлияет на его конструкцию, и будет запущен способом, не связанным с тем, как он туда попал.
@RussellBorogove, тогда мы согласны с этим, но я точно не уверен в этом. Есть ли проблема с вопросом, который мне нужно решить здесь, или это просто полезное понимание?
@RussellBorogove Я сказал: «Это не совсем контрпример , пока мы не сравним пропорции ракет-носителей ... До тех пор они потенциально контрпримеры. Поэтому в вопросе я назвал их «контрдоказательствами», а не контрпримерами, прокладывая путь. за отличный ответ!
(о, вот ссылка на морские перевозки, которую я искал: по какому маршруту баржи Saturn S-II шла из Калифорнии во Флориду? )
Это связано с сосудами под давлением? Сосуды, предназначенные для хранения содержимого под давлением, почти неизбежно имеют изогнутую форму: сфера, цилиндр или тор. Возможно, твердое топливо дает большую свободу?
Думаю, нужно учитывать, как горит топливо в твердотопливной ракете. Насколько я понимаю (я, конечно, не эксперт), топливо имеет внутреннюю форму, чтобы контролировать скорость горения и, следовательно, тягу. Наверное, проще это сделать в длинном цилиндре, а не в сфере.
Твердый корпус ракеты, по сути, также является камерой сгорания, поэтому он должен быть очень прочным, поэтому большее удлинение не является такой большой проблемой с точки зрения конструкции.

Ответы (1)

Приземистый конец спектра имеет мало общего с твердыми телами по сравнению с жидкостями и все, что связано с аэродинамикой. Сферический резервуар наиболее экономичен по весу, поэтому вы ожидаете приземистых ступеней в тех случаях, когда аэродинамика не доминирует, например, на вашем корабле для подъема на Марс (полет там, где атмосферное сопротивление составляет порядка 1% от того, что для подъема на Землю) или Аполлон ЛМ . Поскольку твердотопливный двигатель имеет топливо и окислитель, смешанные вместе в одном контейнере, сферические ступени известны, но некоторые жидкостные ступени имеют расположенные рядом (Аполлон ЛМ, Фрегат) или даже вложенные ( Бриз-М ) баки, для общее соотношение сторон приземистое, чем сферическое.

На узком конце спектра зондирующие ракеты часто начинаются с более высокой тяговооруженности, чем орбитальные ракеты, а твердые тела сжигают массу быстрее, чем жидкости (из-за их меньшего удельного импульса), поэтому зондирующие твердотопливные ракеты, в частности будет достигать более высоких скоростей на более низких высотах, а это означает, что компромисс между конструкциями с малым лобовым сопротивлением и малогабаритными конструкциями с низким лобовым сопротивлением немного отличается.

Твердые тела, вероятно, могут быть изготовлены в несколько более тонких экстремальных условиях, чем жидкости, поскольку корпуса SRM обычно толще, чем баки с жидким топливом, а топливная крошка может обеспечить некоторую структурную прочность.

+1за краткий и вдумчивый ответ! Более узкие танки также имеют большую поверхность/объем, и поэтому им потребуется либо большая изоляция (которая увеличивает толщину) для крио-топлива, либо быстрее накапливается масса льда/ракеты, либо потребуются более агрессивные механизмы охлаждения для длинных пусковых окон.
Кроме того, поскольку почти вся обшивка твердотопливной ракеты представляет собой камеру сгорания, она должна быть значительно прочнее, чем баки ракеты с жидким топливом. Пока это ответственность с точки зрения сухой массы; это означает, что сама ракета прочнее и, следовательно, способна лучше противостоять дифференциальному боковому ветру между ее верхней и нижней частью, не ломаясь.
@DanIsFiddlingByFirelight Я думаю, вы можете выделить это как отдельный ответ, в основном твердые ракеты - это жесткие, сырые макароны , а их аналоги на жидком топливе - al dente .
Ракеты класса «воздух-воздух» также часто очень малы по сравнению с их длиной. Технически все еще ракета, просто направленная горизонтально большую часть времени. Поскольку единственным «грузом», который они несут, помимо собственного топлива, является заряд взрывчатого вещества, нет никаких причин для того, чтобы они были особенно толстыми, и есть все причины, чтобы сделать их тонкими, чтобы не увеличивать сопротивление самолета до их запуска. .
Почему твердотопливные ракеты могут быть как самыми тонкими, так и самыми сферическими ракетами-носителями, в то время как ракеты на жидком топливе имеют более ограниченный диапазон соотношений сторон?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v